KR100794121B1 - Light emitting diode - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드에 관하여 개시한다. 본 발명의 장치는, 질화갈륨층과, n형 하부 접촉층과, 장벽층 및 우물층의 단일 또는 다중양자 우물구조로 이루어지는 활성층과, p형 상부 접촉층과, n형 전극과, p형 전극을 포함하여 이루어지는 III-V 질화물계 발광 다이오드에 있어서 질화갈륨층 또는 n형 하부 접촉층은 광결정 구조를 가지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 광결정 구조를 질화갈륨층 또는 n형 하부 접촉층에 형성함으로써 광결정 구조를 가지면서도 p형 질화갈륨 박막이 n형으로 전환되지 않으며 오믹전극도 용이하게 형성할 수 있고 광추출 효율을 증가시킬 수 있고, 활성층이나 p형 질화갈륨 박막이 건식 식각에 의한 데미지를 입는 것을 방지할 수 있다.A light emitting diode is disclosed. The apparatus of the present invention includes an active layer consisting of a gallium nitride layer, an n-type lower contact layer, a barrier layer and a well layer of a single or multi-quantum well structure, a p-type upper contact layer, an n-type electrode, and a p-type electrode In the III-V nitride based light emitting diode comprising a gallium nitride layer or the n-type lower contact layer is characterized in that it has a photonic crystal structure. According to the present invention, by forming the photonic crystal structure in the gallium nitride layer or the n-type lower contact layer, the p-type gallium nitride thin film having a photonic crystal structure is not converted to the n-type, it is possible to easily form an ohmic electrode and improve the light extraction efficiency It can be increased, and the active layer or the p-type gallium nitride thin film can be prevented from being damaged by dry etching.
발광 다이오드, 광결정 구조, 광추출 효율 Light emitting diode, photonic crystal structure, light extraction efficiency
Description
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드를 나타낸 개략도들;1 and 2 are schematic views showing a light emitting diode according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서 질화갈륨층에 광결정 구조를 형성한 경우의 전자현미경 사진들;3 is an electron micrograph in the case of forming a photonic crystal structure in the gallium nitride layer in the light emitting diode according to the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드에 형성된 광결정 구조를 나타낸 개략도;4 is a schematic view showing a photonic crystal structure formed on a light emitting diode according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서 질화갈륨층 또는 n형 하부 접촉층에 0.1㎛ 깊이로 광결정을 형성하였을 때의 포토닉 밴드갭을 나타낸 그래프; 및5 is a graph showing a photonic band gap when a photonic crystal is formed at a depth of 0.1 μm in a gallium nitride layer or an n-type lower contact layer in a light emitting diode according to the present invention; And
도 6은 본 발명에 따른 발광 다이오드에 의해 광추출 효율이 증가하는지를 여부를 확인하기 위한 Full wave시뮬레이션 결과이다.6 is a full wave simulation result for confirming whether light extraction efficiency is increased by the light emitting diode according to the present invention.
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로서, 특히 광결정 구조를 가지는 발광 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode, and more particularly to a light emitting diode having a photonic crystal structure.
일반적인 발광 다이오드의 경우 내부양자 효율은 거의 100% 에 이르지만( I. Schnitzer 외 4명, Appl. Phys. Lett. 78, 3379) 실제 소자 밖으로 나오는 외부양자효율은 3~30% 이하이다(M. G. Craford, Semiconductor and semimetals, 64 (Academic press, 2000)). 이것은 다중양자우물 구조에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나올 때 소자와 공기사이의 계면에서 굴절률 차이에 의해 일어나는 전반사에 기인한다. 이러한 물리적인 현상으로 인해 종래의 발광 다이오드에서의 광추출 효율은 매우 낮다. In general light emitting diodes, the internal quantum efficiency is almost 100% (I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 78, 3379), but the external quantum efficiency out of the actual device is 3-30% or less (MG Craford, Semiconductor and semimetals, 64 (Academic press, 2000)). This is due to the total reflection caused by the difference in refractive index at the interface between the device and the air when the light produced in the multi-quantum well structure comes out of the device. Due to this physical phenomenon, the light extraction efficiency of the conventional light emitting diode is very low.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, p형 질화갈륨에 마스크없이 비선택 식각공정을 통하여 표면거칠기를 형성시켜 윗면으로 진행하는 빛이 거친 표면에 도달하였을 때 입사각을 임계각 보다 작게 하여 빛이 발광 다이오드 외부로 쉽게 빠져 나올 수 있게 함으로써 광추출 효율을 증대시킨 예가 있다. 그리고 p형 질화갈륨을 마스크를 사용하여 건식 식각하여 돌출부를 형성시킴으로써 윗면으로 진행하는 돌출부에 도달하였을 때 입사각을 임계각 보다 작게 하여 빛이 발광 다이오드 외부로 쉽게 빠져 나올 수 있게 함으로써 광추출 효율을 증대시킨 예가 있다.In order to overcome this problem, the surface roughness is formed through p-type gallium nitride through a non-selective etching process without a mask, so that when the light traveling upward reaches a rough surface, the incident angle is smaller than the critical angle so that the light is easily emitted to the outside of the light emitting diode. There is an example of increasing the light extraction efficiency by allowing it to exit. And dry etching the p-type gallium nitride using a mask to form a protrusion to increase the light extraction efficiency by allowing the light to escape easily outside the light emitting diode by making the incident angle smaller than the critical angle when reaching the protrusion proceeding to the upper surface There is an example.
또한, 미국 특허 US6,842,403호에서는 발광 다이오드의 p형 질화갈륨 표면에 주기적인 굴절률의 차이를 줌으로써 포토닉 밴드갭이 형성된 광결정을 만들어줌으로써 빛이 질화갈륨화합물의 내부에 갇히는 빛의 모드를 바꾸어 주어 빛이 안에 갇히지 않고 밖으로 빠져나올 수 있게 하여 빛의 광추출 효율을 향상시킬 뿐 아니라 발광 다이오드 측면에서 나오는 빛을 제어할 수 있도록 하였다. 하지만 실제로 이 런 구조를 응용한 논문 Appl. Phys. Lett 87, 203508(2005)에 따르면 그 구조는 p형 질화갈륨 박막을 식각하여야 하기 때문에 p형 오믹층을 형성시키는 면적이 작아져서 시리즈 저항이 커지는 문제를 보고하고 있다. 그리고 X. A. Cao는 p형 박막을 건식 식각할 때 플라즈마 데미지에 의해 p형 질화갈륨 박막이 n형으로 전환되는 문제점을 보고하였다(Appl. Phys. 75, 2569 (1999)). 이는 반도체 발광다이오드의 오믹 전극 형성 및 전류의 균일한 주입시 문제점을 야기할 수 있으며 소자의 발광 효율을 감소시킬 수 있다. 한편, 그 구조들은 광결정을 오직 p형 질화갈륨에 형성하였기 때문에 측면에 갇히는 빛을 꺼낼 수 있는 공간도 오직 p형 질화갈륨 박막의 두께에 국한되므로, 실제 광추출 효율의 증가는 크지 않다. In addition, U.S. Patent No. 6,842,403 also provides a photonic bandgap photonic crystal by varying the periodic refractive index on the p-type gallium nitride surface of the light emitting diode to change the mode of light trapped inside the gallium nitride compound. By allowing the light to escape from the inside without being trapped inside, it improves the light extraction efficiency of the light and controls the light from the light emitting diode side. But in practice this paper Appl. Phys. According to Lett 87, 203508 (2005), the structure is required to etch the p-type gallium nitride thin film, so that the area for forming the p-type ohmic layer is reduced, and the series resistance is increased. In addition, X. A. Cao reported a problem that p-type gallium nitride thin film is converted to n-type by plasma damage when dry etching the p-type thin film (Appl. Phys. 75, 2569 (1999)). This may cause problems in forming the ohmic electrode of the semiconductor light emitting diode and injecting the current uniformly, and may reduce the luminous efficiency of the device. On the other hand, since the structures are formed only on the p-type gallium nitride, the space for extracting light trapped in the side is limited only to the thickness of the p-type gallium nitride thin film, so that the increase in the actual light extraction efficiency is not significant.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광결정 구조를 가지면서도 p형 질화갈륨 박막이 n형으로 전환되지 않으며 오믹전극도 용이하게 형성할 수 있고 광추출 효율을 증가시킬 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made in an effort to provide a light emitting diode having a photonic crystal structure, in which a p-type gallium nitride thin film is not converted to an n-type, and can easily form an ohmic electrode and increase light extraction efficiency. have.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 발광 다이오드는: 도핑되지 않은 질화갈륨층과, n형 AlxGayInZN(0 ≤ x, y, z ≤ 1)로 이루어지며 상기 질화갈륨층 상에 형성되는 하부 접촉층과, AlxGayInZN(0 ≤ x, y, z ≤ 1)로 이루어지는 장 벽층 및 AlxGayInZN(0 ≤ x, y, z ≤ 1)로 이루어지는 우물층의 단일 또는 다중양자 우물구조로 이루어지며 상기 하부 접촉층의 소정영역 상에 형성되는 활성층과, 상기 활성층 상에 형성되며 p형 AlxGayInZN(0 ≤ x, y, z ≤ 1)로 이루어지는 상부 접촉층과, 상기 하부 접촉층에 있어서 상기 활성층이 형성되지 않아 노출된 영역에 형성되는 n형 전극과, 상기 상부 접촉층 상에 형성되는 p형 전극을 포함하여 이루어지되, 상기 질화갈륨층 또는 상기 n형 하부 접촉층은 광결정 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.The light emitting diode of the present invention for solving the above technical problem is composed of: an undoped gallium nitride layer, n-type Al x Ga y In Z N (0 ≤ x, y, z ≤ 1) and on the gallium nitride layer A bottom contact layer formed on the barrier layer and Al x Ga y In Z N (0 ≦ x, y, z ≦ 1) and Al x Ga y In Z N (0 ≦ x, y, z ≦ 1). An active layer formed of a single or multi-quantum well structure of the well layer, formed on a predetermined region of the lower contact layer, and formed on the active layer and having a p-type Al x Ga y In Z N (0 ≦ x, y, z It comprises an upper contact layer consisting of ≤ 1), an n-type electrode formed in the exposed area because the active layer is not formed in the lower contact layer, and a p-type electrode formed on the upper contact layer, The gallium nitride layer or the n-type lower contact layer is characterized in that it has a photonic crystal structure.
이 때, 상기 질화갈륨층 및 상기 n형 하부 접촉층은 광결정 구조를 가지는 것을 특징으로 하여도 좋다.In this case, the gallium nitride layer and the n-type lower contact layer may have a photonic crystal structure.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드를 나타낸 개략도들이다.1 and 2 are schematic views showing a light emitting diode according to the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판(100)과, 도핑되지 않은 질화갈륨으로 이루어진 버퍼층(200)과, 도핑되지 않은 질화갈륨층(300)과, n형 하부 접촉층(400)과, Al-질화갈륨으로 된 n형 클래드층(500)과, 활성층(600)과, Al-질화갈륨으로 된 p형 클래드층(700)과, p형 상부 접촉층(800)과, n형 전극(910) 및 p형 전극(920)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 기판(100)과 버퍼층(200)은 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 후 제거할 수 있으며, n형 클래드층(500) 및 p형 클래드층(700)은 생략되어질 수 있다. n 형 클래드층(500)과 p형 클래드층(700)은 질화갈륨과 AlxGa1 - xN(0 ≤ x ≤ 1)으로 이루어진 초격자층으로 형성할 수도 있다.1 and 2, a light emitting diode according to an embodiment of the present invention includes a
기판(100)으로는 질화갈륨, SiC, GaAs, Si, ZnO 등을 사용할 수 있고, 현재 일반적으로 사파이어가 주로 사용되고 있다. 이러한 이유는 사파이어 위에 성장한 질화갈륨 박막의 결정성이 양호하고 경제적이기 때문이다.As the
버퍼층(200) 및 질화갈륨층(300)은 Ga1 -x-yInxAlyN(0 ≤ x,y ≤1, x+y<1)로 이루어지며 기판(100) 상에 순차적으로 형성된다. 하부 접촉층(400)은 n형 AlxGayInZN(0 ≤ x, y, z ≤ 1)으로 이루어지며 질화갈륨층(300) 상에 형성되고, 활성층(600)은 AlxGayInZN(0 ≤ x, y, z ≤ 1)로 이루어지는 장벽층과 AlxGayInZN(0 ≤ x, y, z ≤ 1)로 이루어지는 우물층의 단일 또는 다중양자 우물구조로 이루어지며 하부 접촉층(400)의 소정영역 상에 형성된다. n형 클래드층(500)을 가지는 경우에는 n형 클래드층(500)이 하부 접촉층(400) 상의 소정영역 상에 형성되고, 그 n형 클래드층(500) 상에 활성층(600)이 형성된다. 상부 접촉층(800)은 p형 AlxGayInZN(0 ≤ x, y, z ≤ 1)로 이루어지며 활성층(600) 상에 형성된다. p형 클래드층(700)을 가지는 경우에는 p형 클래드층(700)이 활성층(600) 상의 소정영역 상에 형성되고, 그 p형 클래드층(700) 상에 상부 접촉층(800)이 형성된다. n형 전극(910)은 하부 접촉층(400)에 있어서 활성층(600) 또는 n형 클래드층(500)과 활성층(600)이 형성되지 않아 노출된 영역에 형성되고, p형 전극(920)은 상부 접촉층(800) 상에 형성 된다. 이 때, 본 발명은 n형 하부 접촉층(400)의 하부에 위치된 도핑되지 않은 질화갈륨층(300), n형 하부 접촉층(400), 또는 그 질화갈륨층(300) 및 n형 하부 접촉층(400)이 포토닉 밴드갭이 형성되는 광결정 구조(320, 420)를 가지는 것을 특징으로 한다. 광결정 구조(320, 420)는 직사각형(cubic) 배열 또는 육각형(hexagonal) 배열로 형성될 수 있다. 광결정이란 굴절률이 빛의 파장 정도의 간격으로 주기적으로 배열된 구조를 일컫는다. 광결정의 형성 방법은 E-beam 리소그라피를 이용하는 방법, 레이져 광의 홀로그램을 이용하는 방법 및 나노 임프린트를 이용하는 방법이 있다. 이외에도 수백 nm 직경의 작은 구들의 자체결합(self assembly) 방법에 대한 연구가 최근에 이루어지고 있다. The
이하에서, 도 1을 참조하여 나노 임프린트를 이용하여 도핑되지 않은 질화갈륨층(300)에 광결정을 형성하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of forming a photonic crystal on the undoped
먼저, 기판(100) 상에 LP-MOCVD (low pressure metal oganic chemical vapor deposition)를 이용하여 버퍼층(200) 및 평평한 1차 질화갈륨층(310)을 순차적으로 형성한다.First, the
다음에, 1차 질화갈륨층(310) 상에 실리콘옥사이드(SiO2) 또는 산화금속물(ITO, ZnO 등)을 형성하고 형성된 산화물층에 Cr 등의 메탈층을 형성한 후 나노 임프린트 마스크를 형성한다. 그리고 그 마스크를 이용하여 유도형 플라즈마(inductively coupled plasma) 반응기에서 Cl2 또는 BCl3 가 포함된 가스로 질화갈륨층 표면을 건식 식각하여 광결정 구조(320)를 형성한다.Next, silicon oxide (SiO 2 ) or metal oxide (ITO, ZnO, etc.) is formed on the primary
이어서, 광결정 구조(320)가 형성된 1차 질화갈륨층 상에 도핑되지 않은 2차 질화갈륨층(330)을 형성한다. 이 때, LP-MOCVD 방법으로 2차 질화갈륨층(330)을 형성하며, LP-MOCVD 이외에 스퍼터링, PECVD 등의 방법이 활용될 수 있다. Next, an undoped secondary
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서 질화갈륨층에 광결정 구조를 형성한 경우의 전자현미경 사진들이다. 도 3의 (a)는 1차 질화갈륨층에 광결정 구조가 형성된 상태의 평면 사진이고, 도 3의 (b)는 광결정 구조가 형성된 1차 질화갈륨층 상태의 단면 사진이며, 도 3의 (c)는 광결정 구조가 형성된 1차 질화갈륨층 상에 LP-MOCVD에 의해 n형 상부 접촉층이 형성된 상태의 단면 사진이다.3 are electron micrographs in the case of forming a photonic crystal structure in the gallium nitride layer in the light emitting diode according to the present invention. 3A is a planar photograph of a state in which a photonic crystal structure is formed in a primary gallium nitride layer, and FIG. 3B is a cross-sectional photograph of a state of a primary gallium nitride layer in which a photonic crystal structure is formed, and FIG. ) Is a cross-sectional photograph of an n-type upper contact layer formed by LP-MOCVD on a primary gallium nitride layer on which a photonic crystal structure is formed.
도 3을 참조하면, 광결정 구조 상에 2차 질화갈륨층 및 하부 접촉층이 잘 형성되고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the secondary gallium nitride layer and the lower contact layer are well formed on the photonic crystal structure.
n형 하부 접촉층에 광결정 구조를 형성하는 방법 또한 같으므로, 이하에서 도 2를 참조하여 간단하게 설명한다.Since the method of forming the photonic crystal structure in the n-type lower contact layer is also the same, a brief description will be given below with reference to FIG. 2.
도 2를 참조하면, 먼저 1차 n형 하부 접촉층(410)을 형성하고, 임프린트 공정과 에칭 공정을 통해 하부 접촉층에 광결정 구조(420)를 형성한 다음, 광결정 구조(420)가 형성된 1차 하부 접촉층 상에 2차 n형 하부 접촉층(430)을 형성한다. n형 하부 접촉층(400)은 LP-MOCVD로 형성한다.Referring to FIG. 2, first, the first n-type
한편, n형 하부 접촉층에 광결정 구조를 형성하는 경우에는 광결정 구조 상에 바로 활성층을 형성할 수도 있다.In the case where the photonic crystal structure is formed on the n-type lower contact layer, the active layer may be formed directly on the photonic crystal structure.
광결정 구조는 기판의 굴절률과 공기의 주기적인 결합 및 기판의 굴절률과 공기 이외에도 산화물이나 금속의 결합 등 굴절률이 다른 무기물 또는 유기물을 무 기물 또는 유기물을 사용하여 형성할 수도 있는 데, 그 방법은 다음과 같다. The photonic crystal structure may form inorganic or organic materials having different refractive indices, such as the refractive index of the substrate and the periodic bonding of the substrate, the refractive index of the substrate, and the bonding of oxides or metals, using inorganic or organic materials. same.
굴절률이 1.46의 산화물인 SiO2를 n형 하부 접촉층(410) 위에 형성시킨 후 나노 임프린트 공정 및 식각 공정으로, 도 2의 도면번호 420과 같은, 산화물에 의한 주기적인 패턴을 형성시킨 다음 다시 LP-MOCVD로 패턴 안에 질화 갈륨층 및 2차 n형 하부 접촉층(430)을 형성하면, 산화물과 질화갈륨간의 주기적인 결합에 의한 내부 광결정 구조를 형성시킬 수 있다. 이처럼 질화갈륨층과 공기층의 주기적인 결합 이외에도 굴절률이 질화갈륨층과 산화물의 광결정 형성이 가능하고 또한 상기의 방법을 이용하여 산화물과 산화물, 질화갈륨층과 유기물, 유기물과 유기물 등의 조합에 의한 광결정 형성도 가능하다. SiO 2 , an oxide having a refractive index of 1.46, was formed on the n-type
한편, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드에 있어서, 녹색, 청색 및 자외선 발광을 위한 다중양자 우물구조로는 우물층으로 질화인듐갈륨층이 이용되고 장벽층으로 질화갈륨이 이용된다. 이것은 질화인듐갈륨의 밴드갭이 인듐의 도핑양에 의해 0.7(적외선)에서 가시광선을 포함하고 3.4eV(자외선)까지 변화할 수 있기 때문이다.Meanwhile, in the light emitting diode according to the embodiment of the present invention, an indium gallium nitride layer is used as a well layer and gallium nitride is used as a barrier layer as a multi-quantum well structure for green, blue, and ultraviolet light emission. This is because the bandgap of indium gallium nitride can vary from 0.7 (infrared) to visible light and 3.4 eV (ultraviolet) by the amount of doping of indium.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드에 형성된 광결정 구조를 나타낸 개략도이다.4 is a schematic view showing a photonic crystal structure formed on a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 4에서, 빗금친 부분은 질화갈륨층을 나타내며 흰색 원형 모양의 홀은 공기를 나타내고, a는 홀 사이의 거리 즉 주기를 나타내며 r은 홀의 반지름을 나타낸다. 광결정 구조에 있어서 홀의 모양은 도 4에 도시된 원형에만 국한되는 것이 아 니고 다각형으로 형성될 수도 있다. 한편, 유기물 또는 무기물을 이용하여 광결정 구조를 형성하는 경우에는 홀 부분이 공기로 채워지는 것이 아닌 유기물이나 무기물이 채워지게 되어 포토닉 밴드갭이 형성되게 된다.In Fig. 4, the hatched portion represents the gallium nitride layer, the white circular hole represents air, a represents the distance between the holes or the period, and r represents the radius of the hole. In the photonic crystal structure, the shape of the hole is not limited to the circle shown in FIG. 4 but may be formed as a polygon. On the other hand, when the photonic crystal structure is formed by using organic or inorganic materials, the photonic bandgap is formed by filling organic or inorganic materials, not by filling the holes with air.
도 5는 본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서 질화갈륨층 또는 n형 하부 접촉층에 0.1㎛ 깊이로 광결정을 형성하였을 때의 포토닉 밴드갭을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing a photonic bandgap when a photonic crystal is formed at a depth of 0.1 μm in a gallium nitride layer or an n-type lower contact layer in the light emitting diode according to the present invention.
도 5에서, Frequency는 주기(a)/발광파장(λ) 을 나타내며 Ratio은 반지름(r)/주기(a)로 나타낸다. 그리고 초록색 선은 빛의 TE 모드와 TM 모드에 의해서 형성되는 포토닉 밴드갭을 나타내고 빨간색 선은 TE 모드에 의해 형성되는 포토닉 밴드갭을 나타낸다. 도 5에 의하면, 기판에 일정한 주기의 공기구멍을 형성하였을 때 측면으로 갇힌 빛이 빠져 나올 수 있는 포토닉 밴드갭이 잘 형성되었음을 알 수 있다. In FIG. 5, Frequency denotes a period (a) / emission wavelength (λ) and Ratio is represented by a radius (r) / period (a). The green line represents the photonic bandgap formed by the TE mode and the TM mode of light, and the red line represents the photonic bandgap formed by the TE mode. Referring to FIG. 5, it can be seen that a photonic band gap well formed to allow light trapped on the side to escape when air holes having a predetermined period are formed in the substrate is formed.
도 6은 본 발명에 따른 발광 다이오드에 의해 광추출 효율이 증가하는지를 여부를 확인하기 위한 Full wave시뮬레이션 결과이다. 시뮬레이션의 방법으로는 genetic algorism을 적용한 finite difference time domain 계산툴을 이용하였고 이로써 광결정이 형성된 경우와 형성되지 않은 경우의 광추출 효율 증가의 결과를 예측할 수 있었다.6 is a full wave simulation result for confirming whether light extraction efficiency is increased by the light emitting diode according to the present invention. As a method of simulation, a finite difference time domain calculation tool using genetic algorism was used to predict the result of the increase of the light extraction efficiency when the photonic crystal was formed or not.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 발광 다이오드의 경우에는 빛이 발광 다이오드 내부에서 공기로 수직성분과 수평성분 각각 도파되는 빛을 보여주고 있다. 그림에서 보듯이 광결정이 내부에 형성된 발광 다이오드의 경우 수직성분으로 도파하 는 빛의 양이 크게 증가하는 것을 볼 수 있다. 이 값을 정량적으로 측정했을 때 광결정이 없는 구조(b)에 비해 본 발명에 의할 경우 광추출 효율이 2~3배 이상 증가하고 있음을 하단의 그래프를 통해 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, in the case of the light emitting diode according to the present invention, the light is guided by the air in the vertical and horizontal components, respectively. As shown in the figure, in the case of the light emitting diode in which the photonic crystal is formed, the amount of light guided by the vertical component is greatly increased. When this value is measured quantitatively, it can be confirmed from the graph below that the light extraction efficiency is increased by 2 to 3 times or more according to the present invention compared to the structure (b) without a photonic crystal.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 광결정 구조를 질화갈륨층 또는 n형 하부 접촉층에 형성함으로써 광결정 구조를 가지면서도 p형 질화갈륨 박막이 n형으로 전환되지 않으며 오믹전극도 용이하게 형성할 수 있고 광추출 효율을 증가시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, by forming the photonic crystal structure in the gallium nitride layer or the n-type lower contact layer, the p-type gallium nitride thin film is not converted to the n-type while having the photonic crystal structure, and the ohmic electrode can be easily formed. It is possible to increase the light extraction efficiency.
또한, 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 활성층이나 p형 질화갈륨 박막이 건식 식각에 의한 데미지를 입지 않으므로 종래 발광 다이오드의 전기적 및 광학적 특성이 나빠지는 문제를 해결할 수 있고 또한 고효율 및 고출력 발광 소자를 구현할 수 있다.In addition, since the active layer or the p-type gallium nitride thin film having a single or multiple quantum well structure is not damaged by dry etching, it is possible to solve the problem of deterioration of the electrical and optical characteristics of the conventional light emitting diode and to implement a high efficiency and high output light emitting device. have.
본 발명에 대한 기술적 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이것은 본 발명의 실시예를 예시적으로 설명한 것이므로 그 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 도핑되지 않은 질화갈륨층 또는 하부 접촉층에 광결정 구조를 포함한 질화갈륨계 발광 다이오드의 경우에는 동일한 효과를 얻을 수 있다. 따라서 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백하다.Although the technical spirit of the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, this is because the embodiments of the present invention are described by way of example, the scope of the present invention is not limited by the embodiments, and the undoped gallium nitride layer or lower portion In the case of a gallium nitride-based light emitting diode including a photonic crystal structure in the contact layer, the same effect can be obtained. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
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